前回は,気体の体積を一定に保ったまま変化させることを考えましたが,今回は圧力を一定に保ったままの状態変化,すなわち,定圧変化(等圧変化)について考えましょう。
圧力が一定 = 気体のする仕事はP⊿V
問題によっては状態方程式(or ボイル・シャルルの法則)ももちろん有効。 それでも状態変化の主役はとにかく熱力学第1法則です。
なので定圧変化の場合もQ, ⊿U,Wに注目するのですが,どれに注目すべきかすぐにわかりますか?
これは前回ほどわかりやすくはないかもしれません。 答えはW。 ただし今回は気体の体積が変化するので当然W=0ではありません。
W=0ではないけれども,「圧力が一定 ⇒ Wが公式を使って計算できる」ということを思い出してください。 その公式とは,W=P⊿V !!
え?そんな公式あったっけ?という人は過去記事で復習しておいてくださいねー
定圧変化と熱力学第1法則
定圧変化 → W=P⊿Vということがわかったので,これを熱力学第1法則に当てはめてみると…
Q=⊿U + P⊿V
が得られます!
加えた熱(Q)が,内部エネルギーを増やす分(⊿U)と気体の仕事(P⊿V)の2通りに使われることを示しています。
あ,そうそう,理想気体の状態方程式(変化量ver.)というのがあってですね…
これを使うと,先ほどの第1法則の式は,
Q=⊿U + nR⊿T
と書くこともできます。 この式はそのうちまた使うことになるので,併せて覚えておいてもらえればと思います。
定圧変化のP-Vグラフ
さて,定圧変化のP-Vグラフはどのような概形になるでしょうか?
“定圧”変化なのでPの値が変化しない,すなわち,横軸に平行なグラフになるはずです。
前回を上回るレベルで短い記事ですが,今回はこれでおしまい。
今回もまとめノートはありませんが,時間に余裕がある人は,ぜひ問題演習にもチャレンジしましょう!
次回予告
体積一定 → 圧力一定,と来たので,次回は温度が一定の変化について調べていきましょう!